开关电源模块并联供电系统A题Word文档格式.docx
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图1图2
案二、主从均流法
环调整结构的主从均流法。
把主模块作为基准模块,从模块接入电压放大器接成跟随器的形式,工作于电流源式。
控制MAX531输出的电压使电压放大器调节从模块的反馈电压降低,从而调整输出电压使之稳定在规定的围。
所以不管负载电流如变化,各模块的电压总是保持相等的。
采用这种均流法,精度很高,控制结构简单,模块间联线少,易于控制。
综合比较,案二只需通过单片机控制MAX531输出电压改变电压放大器,从而改变模块的反馈电压,使模块通过调整电压达到输出围,进而改变电流,实现自动分配。
因此,我们采用案二。
3.A/D转换芯片的比较与选择
案一、采用MAX187
MAX187是串行12位模数转换器可以在单5V电源下工作,接受0-5V的模拟输入。
MAX187为逐次逼近式ADC,快速采样/保持(1.5uS),片时钟,高速3线串行接口。
MAX187转换速度为75Ksps。
通过一个外部时钟从部读取数据,并可省却外部硬件而与绝大多数的数字信号处理器或微控制器通讯。
MAX187有部基准,优异的AC特性和极低的电源消耗,能应用于对电源消耗和空间极为苛刻的地。
案二、采用ATmega16部ADC
ATmega16部带有一个10位的逐次逼近型ADC。
ADC与一个8通道的模拟多路复用器连接,对来自端口A的8路单端输入电压进行采样。
单端电压输入以0V(GND)为基准。
另外还支持16路差分电压输入组合,但精度不高。
综合比较,使用MAX187精度远远超过要求,但本系统需要进行4路A/D采样,需要4片MAX187,成本较高,而且电路设计重复,降低了效率。
因此,我们采样案二,既节省了资源,也符合题目精度在4%左右的要求。
二、理论分析与计算
1.DC-DC电源的设计与计算
经过分析题目后,我们决定做两路对称的DC/DC模块电源给后级供电。
题目要求输入电压为24V,输出电压为8.0V,由于BUCK电路要求接入负载后输出的电压压差小于0.4V,所以采用TI公司的开关电源芯片TPS5430,其开关频率为500KHz,部基准电压1.221V,通过控制基准电压调整输出电压,使输出稳定,可获得较高效率。
电压变换的单路电路如图3所示。
输出电压计算公式:
R1+ResTap1
Vo=1.221*(1+———————)
R2
2.电流电压检测的设计
网络标签TPS5430_Vsense为TPS5430反馈端,AV为电压放大器的输出端口,RL为负载(滑动变阻器)。
电路通过调整输出电压的高低来影响TPS5430的反馈电路,从而使电路的输出进行调节到稳定,如图4所示。
图4电流电压检测原理图
3.均流法的设计
TPS5430反馈电路加R2到地,通过MAX531控制电压放大器降低电压。
此时有附加电流流过R1后,Rf点电压下降,从而基准电压也下降,而不再是1.221V。
为了使VSENSE恢复到1.22V,TPS5430将增加PWM脉冲宽度,增加Uout从而使输出电压稳定,然后提高该路电流输出,达到自动流的目的。
图3输出电压稳压原理图
4.纹波测试法
两路电源独立工作,上电后接上负载,将示波器的两探头分别接到两路电源的输出端,调节示波器至mV档,然后将负载从轻载缓慢的调至重载,记录下示波器显示的最大峰峰值Vpp,即最大纹波。
测试结果见表1。
表1纹波系数检测
测试点
200mA
618mA
973mA
1152mA
1647mA
2024mV
主路
20mV
24mV
25mV
27mV
从路
并联
4.过流保护电路的设计
本供电系统的过流保护电路主要通过软件来控制。
预先设定一个电流4.5A过流保护点,通过A/D采样,把数据传送到单片机上,计算电路的流过负载电流值。
当电流达到过流保护点时,单片机控制DC-DC模块的使能,使芯片停止工作,同时使蜂鸣器导通发出警报。
当故障点解除后,电路自动恢复工作。
三、系统设计
1.总体系统框架设计
DC-DC电源模块输出的电压通过A/D转换器进行取样,把数据送到单片机。
假如输出电压减少,单片机控制D/A转化器调节控制电压放大器,使电源模块的反馈端发生改变,TPS5430进行自动调节使电压稳定。
另外,可通过按键来键入电流比例。
系统总体框架如图5所示。
图5系统总体设计框架图
2.硬件部分
(1)主控制电路
图6主控制电路原理图
由ATmega16单片机作为主控芯片,片资源丰富,便扩展外围电路。
使用ISP在线下载便程序下载调试。
采用LCD12864显示。
(2)DC-DC电源模块电路
图7DC-DC电源模块原理图
以TPS5430作为核心芯片,通过改变外围器件的数值,改变电压电流,使之达到题目要求的指标。
(3)调节控制电路
图8调节控制电路
通过单片机控制MAX531的输出电压,改变电压放大器的电压,使之与DC-DC模块的反馈端产生电压差,从而改变模块的输出电压。
3.软件设计
软件实现可电压调节,实现电压稳定,电路自动分配的流程图。
图9电压稳定,电路自动分配的流程图
4.测试结果
(1)输出电压Uo:
8000±
mV。
(2)输出电流调节围:
最小输出电流
最大输出电流
100mA
2.5A
4.5A(保护)
(3)自动分配电流偏差测试结果;
次数
主路输出电流mA
从路输出电流mA
并联输出电流mA
1
124
248
2
418
835
3
755
756
1510
4
1024
2046
5
1307
1310
2619
6
1618
1621
3240
7
2045
2044
4095
四、结论
综上所述,经过对系统的检测,我们小组的作品实现了题目的大部分要求,在某些面系统性能还超过了题目的要求,比如输出电压误差绝对值围在0.1V以,纹波系数远低于普通的开关电源纹波系数等。
但由于时间紧,工作量大,系统还存在多可以改进的地,比如电路布局和抗干扰面还有待提高,相信经过改进之后效率会有进一步的提升。
本次比赛让我们得到了锻炼的机会,极提高各面的能力。
尽管在比赛中我们遇到了很多困难和障碍,但总体上是成功与失败交替,希望与困难并存。
经过这次比赛,我们知道了自己的不足,我们将继续努力,争取获得更大的进步。
五、参考文献
[1]康华光.电子技术基础-模拟部分[M].第五版.:
高等教育,2006.
[2]龙麒.电子测量技术[M].第三版.:
人民邮电,2009.
[3]铃木雅臣.晶体管电路设计[M].:
科学,2006.
[5]海成.AVR单片机原理及测控工程应用[M].:
航空航天大学,2008
附录一:
图10ATmega16控制电路原理图
图11TPS5430开关电源模块
附录二:
主要元器件清单
开关电源TPS5430单片机ATmega16LCD12864液晶MAX531金属壳电阻
1N5822LM2596100uH绕线电感等
附录三:
单片机主程序
#include<
iom16v.h>
macros.h>
math.h>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineulongunsignedlong
uinttime1=0;
ucharflage=0,flage1=0;
#include"
scan.h"
lcd12864.c"
ad.c"
max531.c"
#include"
timer1.h"
init.h"
voidsys_init()
{
DDRB|=0xB3;
DDRD|=1<
<
7;
DDRA|=1<
6;
PORTD|=(1<
7);
PORTA|=(1<
6);
SPCR=0x50;
init12864();
desplay12864chars(1,2,"
欢迎使用"
);
desplay12864chars(3,1,"
开关电源模块"
desplay12864chars(4,1,"
并联供电系统"
delay(300);
timer1_init();
desplay12864chars(1,0,"
输出电压:
"
desplay12864chars(1,7,"
mV"
desplay12864chars(2,0,"
电流1:
desplay12864chars(2,7,"
mA"
desplay12864chars(3,0,"
电流2:
desplay12864chars(3,7,"
desplay12864chars(4,0,"
I1:
I2="
desplay12864chars(4,6,"
:
}
voidtimer1_init(void)
TCCR1B=0x00;
//停止定时器
TIMSK|=0x04;
//中断允
TCNT1H=0xC2;
TCNT1L=0xF7;
//初始值
TCCR1A=0x00;
TCCR1B=0x04;
//启动定时器
SEI();
//开全局中断
#pragmainterrupt_handlertimer1_ovf_isr:
9
voidtimer1_ovf_isr(void)
flage=1;
flage1=1;
voidguol(uchara)
if(a)
{
PORTA&
=~(1<
}
else
PORTD&
voidmain(void)
uintnum1=0,num2=0;
uinti,j;
uintnum=100;
ucharbili1=1,bili2=1;
uintdata_531=0,data_da=0;
uintad_data4=0,ad_data3=0,ad_data2=0,ad_data1=0,ad_data0=0;
uintvcc1=0,vcc2=0;
uintbig=0,small=0;
ucharkey=0;
uintdianl0,dianl1,dianl2;
data_da=data_531=3128;
//空载
sys_init();
while
(1)
key=scan();
if(key==1)
{bili1++;
key=0;
if(bili1>
=99)bili1=99;
if(key==2)
{bili1--;
if(bili1<
=0)bili1=1;
if(key==3)
{bili2++;
if(bili2>
=99)bili2=99;
if(key==4)
{bili2--;
if(bili2<
=0)bili2=1;
ad_data0=mega16_ad(0)+50;
//
ad_data1=mega16_ad
(1)+50;
//+40
ad_data2=mega16_ad
(2)-30;
ad_data3=mega16_ad(3)+255;
ad_data4=mega16_ad(4)-5;
//+30
vcc1=(abs(ad_data1-ad_data0)-20)*bili2;
vcc2=(abs(ad_data3-ad_data2)-20)*bili1;
dianl1=(vcc1/bili2)<
1;
dianl2=(vcc2/bili1)<
dianl0=dianl1+dianl2;
if(flage1==1)
if(bili1==1&
&
bili2==1)
if(dianl0>
=1400&
dianl0<
=1600)
{
bili1=1;
bili2=2;
}
bili2==2)
if(dianl0<
=1300||dianl0>
=1600)//
bili2=1;
if(flage1==1)
if(dianl0>
=2000||dianl1>
=1000||dianl2>
=1000)
guol
(1);
guol(0);
big=0;
small=0;
for(j=100;
j>
0;
j--)
if(((vcc1-vcc2)>
10)&
((vcc1-vcc2)<
3000))//
big++;
if(((vcc2-vcc1)>
((vcc2-vcc1)<
small++;
if(big>
30)data_531+=10;
if(small>
30)data_531-=10;
if(ad_data4>
8350)data_531=data_da;
spi531(data_531);
if(flage)
desplay12864num(4,1,5,ad_data4);
desplay12864num(4,2,5,dianl1);
//(vcc1/bili2)<
desplay12864num(4,3,5,dianl2);
//(vcc2/bili1)<
desplay12864num(2,4,5,bili1);
desplay12864num(2,4,7,bili2);
flage=0;
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